Парализованная женщина использует управляемую мыслью роботизированную руку, чтобы пить кофе – Робототехника

Парализованная женщина использует управляемую мыслью роботизированную руку, чтобы пить кофе – Робототехника – 2020

Парализованная женщина использует управляемую мыслью роботизированную руку, чтобы пить кофе

Парализованная женщина использовала экспериментальную систему нейронного интерфейса BrainGate, чтобы выпить кофе с помощью управляемой мыслью роботизированной руки

В апреле прошлого года, впервые с тех пор, как она была парализована 15 лет назад, 58-летняя женщина смогла выпить кофе – она ​​сделала это с помощью роботизированной руки, которая контролировалась ее мыслями. Хотя этот довольно поразительный подвиг произошел более года назад, он был обнародован сегодня в отчете, опубликованном в журнале Nature . Женщина была добровольной подопытной в клиническом испытании экспериментальной системы нейронного интерфейса BrainGate. Хотя система все еще находится в стадии разработки, она может когда-нибудь восстановить мобильность людей, которые страдают параличом или потерей конечностей.

Испытания были совместными усилиями Департамента по делам ветеранов, Университета Брауна, Массачусетской больницы общего профиля, Гарвардской медицинской школы и Немецкого аэрокосмического центра (DLR). У него было два участника – женщина и 66-летний мужчина, идентифицированные только как S3 и T2, соответственно. Оба они потеряли возможность пользоваться конечностями несколько лет назад из-за инсультов в стволе мозга. Они манипулировали двумя различными роботизированными руками, разработанными Институтом робототехники и мехатроники DLR и корпорацией исследований и разработок DEKA.

Однако бизнес-конец BrainGate – это кремниевая микроэлектродная решетка, которая была имплантирована в моторную кору каждого субъекта (часть мозга, которая связана с произвольным движением). Этот массив описывается как имеющий размер аспирина и содержит 96 отдельных электродов. Выходной кабель ведет от этого массива к внешнему порту в верхней части головы пользователя.

Имплантируемая микроэлектродная решетка BrainGate

Когда участники думали, что их рука выполняет определенное действие, нейроны, смежные с массивом, запускают соответственно. Из-за паралича испытуемых это не привело к движению их руки, как это было бы у человека с ограниченными возможностями. Электрическая активность нейронов, однако, улавливалась электродами. Эти данные передавались (через кабель) на подключенный внешний компьютер, который переводил действие в инструкции для манипулятора.

В течение четырех дней женщина и мужчина использовали эту схему в серии упражнений. Некоторые из них были связаны с попыткой захватить пенные мишени в течение 30 секунд после их появления в разных местах. При использовании руки и руки DEKA, которая имеет более широкую хватку, женщина добилась успеха в 66, 7% случаев, в то время как мужчине удалось достичь 62, 2%. Оба предмета испытали гораздо более высокие показатели успеха, когда дело дошло до простого касания целей.

Согласно пресс-релизу из Университета Брауна в Род-Айленде, где был разработан BrainGate: «Исследование представляет собой первую демонстрацию и первый рецензированный отчет о людях с тетраплегией (также известных как квадриплегия), использующих сигналы мозга для управления роботом. рука в трехмерном пространстве, чтобы выполнить задачу, обычно выполняемую их рукой ».

Как уже упоминалось, женщина пошла дальше, чем схватила мишени из пенопласта, и использовала руку, чтобы схватить бутылку кофе со стола, поднести ее к лицу, а затем наклонить, чтобы она могла потягивать кофе через соломинку. Впоследствии она попросила руку вернуть бутылку на стол. Исследователи были впечатлены тем, что двигательные нейроны в ее мозгу все еще были активны после 15 лет «по существу отсоединения», и что ее микроэлектродная матрица все еще функционировала должным образом через пять лет после имплантации.

Система все еще нуждается в доработке – например, определенно предпочтительнее сделать ее беспроводной, чтобы пользователям не приходилось жестко подключаться к компьютеру через макушку. Тем не менее, ученые в восторге от того, что уже сделано.

«Наша цель в этом исследовании – разработать технологию, которая восстановит независимость и мобильность для людей с параличом или потерей конечностей», – сказал ведущий автор отчета доктор Ли Хохберг. «У нас гораздо больше работы, но обнадеживающий прогресс этого исследования продемонстрирован не только в данных о досягаемости и хватке, но даже в большей степени в улыбке S3, когда она подавала себе кофе по собственному желанию для впервые за почти 15 лет ».

Видео этого момента можно увидеть ниже.

Источники: Университет Брауна, NINDS

Имплантируемая микроэлектродная решетка BrainGate

Парализованная женщина использовала экспериментальную систему нейронного интерфейса BrainGate, чтобы выпить кофе с помощью управляемой мыслью роботизированной руки

Нервам на замену: как учёные возвращают парализованным людям радость движения

Идея превратить мысль в движение при помощи электрических импульсов увлекает учёных не первый десяток лет. Об успехах развития подобных технологий начали сообщать только в последние годы.

«Учёные давно придумывают способы победить паралич, возникающий при травмах спинного мозга. В 2016 году вышла статья о том, как парализованным обезьянам вернули способность ходить. Вживлённые в мозг электроды считывали активность в моторной коре и передавали сигналы в спинной мозг ниже области повреждения. Причём передача сигнала совершалась с помощью беспроводных устройств», рассказал RT кандидат биологических наук, лауреат премии «Просветитель» за книгу «Сумма биотехнологии» Александр Панчин.

Читать еще:  Местный гель для лечения мигрени

Об одном из свежих успехов разработки подобных технологий заявили учёные университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде (штат Огайо). 53-летний Билл Кочевар при помощи устройства смог самостоятельно двигать рукой впервые за 8 лет после аварии он страдал от паралича.

«В этой работе сигналы передавали по проводам от моторной коры к мышцам руки парализованного пациента. В итоге человек мог самостоятельно брать предметы и даже кормить себя, используя ранее парализованную руку», — поясняет Александр Панчин.

Транспорт для речи

Сейчас над подобными технологиями работают во многих странах мира. Так, в Университете Утрехта в Нидерландах сообщали об успешной имплантации парализованной пациентке устройства, с помощью которого она может передавать речь на отдельный компьютер. Электроды, подключённые к двигательной коре головного мозга, и передатчик на грудной клетке позволяли ей «говорить» с условной скоростью 2 буквы в минуту. Успешный опыт применения технологии продолжался 28 недель.

Случай 24-летнего американца Йена Буркхарта — один из наиболее ярких. В 2012-м он угодил в автомобильную аварию, в которой получил серьёзную травму позвоночника и, как следствие, паралич конечностей.

На выручку пришли разработчики из Института медицинских исследований им. Файнштейна в Нью-Йорке. Буркхарт тренировался управлять протезом по три раза в неделю в течение года и наконец получил желанный результат.

«Это исследование ознаменовало собой первый случай, когда парализованный человек вновь обрёл способность двигаться естественным образом на основе сигнала, полученного из мозга», — заявил тогда один из авторов научной работы Чед Бутон.

Йен Буркхарт снова смог выполнять простые повседневные задачи, которые несколько лет были ему не под силу, — например, взять стакан и налить в него воды. Но в его случае использование протеза проводилось лишь в порядке эксперимента.

«Я снова смог сжать и разжать руку, и это дало мне надежду, — признался молодой человек. — Если — или когда — появится возможность использовать такую систему вне лаборатории, моя жизнь станет лучше, я буду самостоятельнее».

«Запчасти» для организма

Сходный принцип — передача естественного сигнала устройству — используется для восстановления ампутированных частей тела.

«Разница заключается в том, что устройства (подключаемые к мозгу. RT) помогают людям с повреждённым спинным мозгом использовать имеющиеся у них конечности, — пояснил Александр Панчин. — Протезы же предназначены для людей, лишившихся конечности. Современные протезы руки (бионические руки) умеют реагировать на сигналы, поступающие к конечности, и превращать их в сигналы о движении. Такие руки не нужно подключать к мозгу напрямую».

Один из известнейших подобных протезов разработали в Университете Джона Хопкинса в США. В Лаборатории прикладной физики искусственные руки, прикреплённые к специальному жилету, протестировали на пациенте Лесли Бо, у которого полностью ампутированы обе руки. Датчики, встроенные в жилет, реагируют на небольшие движения мускулатуры грудной клетки и спины и передают сигнал дальше протезу.

Как поясняли исследователи, протез тоже фактически контролируется сигналами из мозга. В ходе опыта он смог выполнять также давно забытые простые дела: брать в руки различные вещи и переставлять их с полки на полку.

Неинвазивный метод

Ещё одна команда разработчиков нейропротезов для людей с травмами позвоночника пошла по другому пути. MoreGrasp решили использовать более простую технологию, которая не подразумевает вставки имплантов или подключения проводов — пациент просто надевает на голову шапочку с сенсорами. При помощи беспроводной технологии прибор записывает сигналы, проходящие в мозге при намерении пошевелить рукой. «Каталог» сигналов затем используют для создания индивидуального вспомогательного протеза.

Будь то с целью заменить недостающую конечность, полностью восстановить функции парализованной или дать пациентам возможность частично вернуть движение рук, нейропротезы пока не получили широкого применения. Даже самые простые из них находятся только на стадии разработки и тестов. Каждый протез делается индивидуально под конкретного человека, да и производятся они пока в целях проведения испытаний в лабораторных условиях. Но распространение подобных технологий — всего лишь вопрос времени.

Рукопожатие роботизированной руки управляемой человеческим мозгом

Команда исследователей из Университета Карнеги-Меллона, работающая с сотрудниками Университета Миннесоты, сделала прорыв, который может помочь парализованным пациентам и людям с расстройствами опорно-двигательного аппарата.

Используя неинвазивный (не имплантированный) интерфейс мозг-компьютер (BCI), инженеры разработали первую успешную роботизированную руку, управляемую человеческим мозгом, которая может непрерывно отслеживать и следовать за курсором компьютера.

Было показано, что BCI достигают хороших показателей для управления роботизированными устройствами, используя только сигналы, воспринимаемые от мозговых имплантатов. Если роботизированные устройства можно контролировать с достаточной точностью, то они могут выполнять различные ежедневные задачи для людей с ограниченными возможностями.

Однако до сих пор интерфейсы мозг-компьютер, успешно управляющие роботизированной рукой, основывались на имплантированных устройствах мозга. Эти устройства требуют значительного медицинского и хирургического опыта для правильной установки и эксплуатации, не говоря уже о высокой стоимости и потенциальных рисках для человека. Таким образом, их использование было ограничено несколькими клиническими случаями.

Главная задача исследований интерфейса мозг-компьютер заключается в разработке менее инвазивных или даже полностью неинвазивных способов, позволяющих парализованным пациентам контролировать свое окружение или роботизированные конечности, используя собственный мозг и мысли в качестве контроллера управляющих сигналов.

Читать еще:  Яд скорпиона является токсичным для раковых клеток